脑胶质瘤是颅内常见的恶性肿瘤,其侵袭性强,术后复发快,死亡率高,是神经外科最棘手的难治性肿瘤之一,探讨脑胶质瘤的新的治疗方法倍受关注。近年来,脑胶质瘤治疗的分子生物学研究出现了新的突破,而抗肿瘤血管新生治疗策略给脑胶质瘤的治疗带来了广阔的前景。
脑胶质瘤的发生发展必须依赖大量的血管新生[1],脑胶质瘤细胞不断生长、繁殖、浸润,必须通过肿瘤间质血管获得营养物质并排泄其代谢产物。间质血管新生在维持脑胶质瘤细胞生物学行为方面起着至关重要的作用。恶性胶质瘤如多形性胶质母细胞瘤,丰富的异常血管是其特征之一,内皮细胞的增生和肿瘤的血管新生与胶质瘤的关系已被证实。肿瘤微血管密度(mvd)与脑胶质瘤的恶性程度呈等级相关性,ⅳ级脑胶质瘤平均mvd值约是正常脑组织的3倍。表明生长迅速的高度恶性胶质瘤,间质血管数也多,肿瘤细胞在向外生长过程中,血管新生是同步进行的,新生血管化程度与肿瘤的进展有关。leon等[2] 认为mvd可作为判断脑胶质瘤预后的独立检测指标。抑制或阻断血管新生的途径,可阻止胶质瘤细胞进一步生长、繁殖、浸润,配以手术、放疗、化疗等综合治疗,可望最终根治胶质瘤。
1 抗血管新生治疗脑胶质瘤的策略
抗血管新生疗法的最终目的是维持肿瘤处于相当小的细胞族,使其转移潜能低下,易受细胞免疫的攻击和易被放疗及化疗破坏。近期提出的肿瘤“休眠”机理是与血管生成密切相关的,所谓休眠是指原发肿瘤出现后转移灶可在几个月至几年内保持无症状而不被发现,实质上肿瘤并未休眠,其所以不增加体积是由于肿瘤细胞的增殖和凋亡取得了平衡,肿瘤细胞的增殖与等速率的细胞死亡平衡,转移灶就处于“休眠”状态。采用阻断血管新生的方法,阻断癌细胞营养补充的途径,抑制肿瘤细胞的增殖,可最终导致肿瘤的消退 [3] 。
抗血管新生疗法是针对血管生成的生化过程而进行的治疗。其策略可归纳为以下四个方面: (1)抑制肿瘤细胞释放血管形成因子; (2)抗体介导的阻断血管形成因子或受体; (3)抑制微血管内皮细胞分裂或迁移; (4)干扰内皮细胞分化为完整的毛细血管,防止新生血管与宿主血管间吻合形成。抗微血管生成来治疗肿瘤已经成为基础和临床研究的热点。目前主要是利用抗血管生成因子或利用血管抑制剂来抑制肿瘤血管生长。
2 肿瘤血管抑制剂的研究及进展
血管生成抑制剂可以是人工合成,也可以是内源性的。后者多来源于大的循环蛋白的片段,这些内源性抑制剂比合成物更有效,能高效抑制内皮细胞的增殖和血管重建。 按其来源可分为: (1)合成或半合成的血管新生抑制剂; (2)内源性血管新生抑制剂; (3)生物拮抗剂; (4)针对肿瘤血管的靶向制剂。
2.1 合成及半合成的血管新生抑制剂 (1)基质金属蛋白酶抑制剂(timps):内皮细胞、肿瘤细胞和基质细胞均可表达和分泌mmp(基质金属蛋白酶),其作用是促进细胞外基质的降解,为血管和肿瘤细胞的生长提供空间。
timps是最早开发的血管新生抑制剂,可抑制mmp的活性,阻止基质降解,从而抑制血管新生和肿瘤的生长。其ⅰ期临床试验表明口服有效,副作用是可引起疲劳及多发性关节炎,且其作用是非特异性的,对正常组织和肿瘤组织均有作用,因此,长期使用会有不良反应。 (2)tnp-470:为烟曲霉素的衍生物,可抑制内皮细胞的迁移和增殖。tnp-470的作用机理主要是通过影响血管内皮细胞的细胞周期,选择性抑制内皮细胞的dna合成,使其停止增殖和生长。tnp-470与重组ifn-α2a联合使用具有协同作用,它们抑制内皮细胞的迁移和增殖作用具有量效依赖性,体内实验表明其可抑制bfgf诱导的血管新生 [4] 。 (3)cai:为钙离子通道阻滞剂,可通过抑制钙离子内流及释放第二信号传递抑制fgf-b的促血管增生作用,抑制内皮细胞的增殖,并抑制肿瘤细胞着床。体内外实验表明,cai可抑制血管新生,下调mmp-2的水平。 (4)反应停(thalidomide):最近的研究表明,反应停可通过抑制血管新生而抑制肿瘤的生长 [5] 。howard等 [6] 应用反应停治疗39例脑胶质瘤复发患者,取得了一定效果,原代培养的脑胶质瘤细胞经尼卡地平、异博定等处理后,表现出可逆性的生长抑制,提示该类药物在脑胶质瘤治疗方面有一定的潜力。 (5)戊聚糖(pps):含硫酸多聚体、带负电的糖类,通过抑制与肝素结合的多种细胞因子,如vegf、fgf-b等而产生作用,抑制内皮细胞的移动和管腔形成。pps静脉给药的最大耐受量每公斤体重3~4mg。副反应为出血及血小板减少。 (6)苏拉明:具有双重作用,既可抑制肿瘤细胞增生和内皮细胞移动及增生,又可降低mmp-2(明胶酶a)的活性,保护基底膜。 2.2 内源性血管新生抑制剂 (1)as(angiostatin):即血管抑素,是一种能特异性抑制肿瘤血管内皮细胞增殖的因子[7] ,它能通过抑制血管内皮细胞增殖的作用,使原发肿瘤和转移瘤的生长呈休眠状态。as相对分子量38000,与纤维蛋白溶酶原的一片段98%同源,由肿瘤细胞和巨噬细胞分泌的蛋白酶纤维蛋白溶酶原裂解后形成。其全身给药,几乎能完全抑制新生血管和肿瘤生长。用as与放疗相结合的方法治疗鼠c6细胞神经胶质瘤,结果表明:这种联合治疗的细胞毒作用强于任何一种单独治疗,对于较大的肿瘤,则表现出更显著的抑制肿瘤生长作用。虽然as可特异性抑制内皮细胞的增殖,但用其治疗肿瘤需长期大剂量使用,给临床应用带来不便。 (2)es(enˉdostatin):是o’reilly等 [8] 1997年从小鼠内皮瘤细胞系eoma的培养液中分离得出具有抑制内皮细胞作用的物质,是目前发现的具有抑制肿瘤血管生成活性的物质中,抑制血管生成和肿瘤转移最强烈、最特异的抑制剂,能使肿瘤细胞迅速凋亡,残余肿瘤细胞进入休眠状态且不产生耐药,无毒副作用。氨基酸序列分析显示该物质为胶原xⅷc末端非胶原区(nci)内的184个氨基酸片段,分子量20kd左右,是胶原xⅷ的降解产物,c末端对其生物学活性起着重要作用。 其作用机制有以下几点: (1)通过阻断vegf活fgf的信号传递通道起作用; (2)晶体结构分析显示其蛋白分子表面存在大量的碱性残基,与硫酸乙酰肝素有较高亲和力,后者是bfgf的信号传递通道中的一个必要成分,从而提示其作用可能与阻断bfgf的信号传递有关; (3)其与内皮细胞表面的atp合成酶及亚单位结合可能是其抗肿瘤作用的一种方式; (4)可减弱内皮细胞内蛋白激酶erk-1和erk-2磷酸化,从而抑制内皮细胞增殖。与as相比,es几乎能使所有肿瘤消退至镜下水平,停药后待肿瘤重新生长至100~200mm后,重复用es治疗仍可使肿瘤消退,加大剂量可缩短消退周期。
3 血管生成因子拮抗剂及靶向治疗
抑制血管生成因子对内皮细胞的作用是抗血管新生治疗的关键,并且这一作用是特异性的,可直接作用于肿瘤组织的血管,进而减少药物的不良反应。 主要有以下几种: (1)抗vegf及抗begf单克隆抗体;vegf和begf是目前已知的促血管新生的主要的两种特异性因子。大量实验证明,抗vegf、抗bfgf以及转入突变的vegf受体基因均能有效的阻止肿瘤血管的形成。 (2)su5416是由sugen公司开发的一种小分子肽,其作用机制是抑制vegfr-2(flk-1/kdr)的酪氨酸激酶的活性,阻断vegf的信号转导 [9] 。对包括脑胶质瘤在内的多种肿瘤都有效,且无明显毒性。目前正进行ⅲ期临床实验。 (3)其他:su6668也是由sugˉen公司开发、广谱的酪氨酸激酶抑制剂,具抗血管新生和细胞毒作用.[10];ptk787/zk21584是由novartis公司开发的一种选择性酪氨酸激酶抑制剂,可阻断vegf和pdgf受体信号转导过程中的磷酸化过程;还有一类就是整合素杂二聚体αv/β 3 的拮抗剂,由ixsys公司开发的人源性鼠抗αv/β 3 的单克隆抗体vitaxin已进入临床试验,其作用机制是影响内皮细胞与基质间的相互作用,诱导细胞凋亡 [11] 。
4 基因治疗在抗肿瘤血管生成治疗中的应用
(1)下调vegf等肿瘤血管生成因子及其受体,采用反义技术,通过阻断vegf和vegf受体旁分泌通路,抑制胶质瘤细胞的增殖。takan [12] 用反义vegf cdna的真核表达载体(质粒)转染鼠的c6细胞,结果在低氧培养中egf表达水平明显下降。将转染反义vegf的c6细胞种植到裸鼠皮下,测其实验性的肿瘤大小、重量、体积和转移数目,发现反义vegf转染细胞的成瘤率、瘤重、肿瘤内血管密度明显低于非转染组。同时还发现肿瘤组织内坏死或凋亡细胞明显增多。(2)阻断ap-tie配体受体途径,使用腺病毒载体介导重组tie2受体,阻断tie受体激活对内皮细胞的作用,可使原发性肿瘤细胞株的生长受到明显抑制,肿瘤血管形成和转移几乎完全被抑制。(3)上调抑制因子:以逆转录病毒或腺病毒为载体向胶质瘤细胞转染es cdna可抑制内皮细胞生长,引起瘤细胞凋亡,肿瘤生长受抑制,scappaticci等把同时编码es和as的基因通过逆转录病毒载体导入大鼠实体瘤模型内,可抑制实体肿瘤的生长,并显示出协同作用。用逆转录病毒或腺病毒转染pf4cdna后,胶质瘤的内皮细胞dna合成降低40%以上,肿瘤血管生成减少,生长受到抑制 [13] 。
5 抗血管生成基因治疗存在的问题与展望
对抗血管治疗脑胶质瘤的作用,从体外培养瘤细胞及动物肿瘤模型的研究结果来看。
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